聚氨酯彈性體靜動態(tài)力學(xué)性能及本構(gòu)關(guān)系的研究.pdf

1、聚氨酯彈性體（PUE）具有輕質(zhì)、耐磨、減震吸能等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。聚氨酯彈性體作為減震吸能部件常用材料，研究其在準(zhǔn)靜態(tài)載荷、動態(tài)載荷以及不同溫度條件下的力學(xué)響應(yīng)，建立其簡單、實(shí)用、考慮應(yīng)變率和溫度效應(yīng)的本構(gòu)模型，在對聚氨酯彈性體產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造以及可靠性分析等方面具有重要的理論指導(dǎo)意義。故本文采用實(shí)驗(yàn)結(jié)合理論分析的方法，開展了如下幾個(gè)方面的研究：（1）聚氨酯彈性體材料的準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮測試及其超彈性本構(gòu)的研究；（2）聚

2、氨酯彈性體材料的動態(tài)壓縮測試，建立并驗(yàn)證其粘-超彈性本構(gòu)關(guān)系模型；（3）聚氨酯彈性體在不同溫度條件下的動態(tài)壓縮測試，并建立相應(yīng)的熱-粘-超彈性本構(gòu)模型。
　　對聚氨酯彈性體試件進(jìn)行10-3/s、10-2/s和10-1/s三種低應(yīng)變率的單軸壓縮實(shí)驗(yàn)。由應(yīng)力-應(yīng)變曲線可知，三種應(yīng)變率的實(shí)驗(yàn)曲線存在一定的相似性，即都包含初始線性階段、中等應(yīng)變的非線性轉(zhuǎn)化階段和大應(yīng)變條件下的硬化階段。聚氨酯彈性體在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮條件下也存在一定的應(yīng)變率敏感性

3、。采用六種常用超彈性本構(gòu)模型對實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行擬合分析，討論了不同能量密度函數(shù)形式對實(shí)驗(yàn)曲線表征效果的影響；在六種超彈性本構(gòu)模型中，“三項(xiàng)式”本構(gòu)形式具有結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)少、擬合度高的優(yōu)點(diǎn)，適合表征聚氨酯彈性體低應(yīng)變率下的力學(xué)性能。
　　采用霍普金森壓桿裝置對聚氨酯彈性體試件進(jìn)行恒溫條件下的動態(tài)壓縮測試，獲得四種高應(yīng)變率（3320/s、4460/s、6130/s和7910/s）下材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，聚氨酯彈性體在高應(yīng)變率下的壓縮曲線

4、表現(xiàn)出高度的非線性和應(yīng)變率敏感性。而經(jīng)典的“朱-王-唐”（ZWT）非線性粘彈性本構(gòu)模型對實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其對實(shí)驗(yàn)曲線的擬合與預(yù)測效果并不理想，不適合表征聚氨酯彈性體材料大變形的動態(tài)力學(xué)性能；為此，文章基于“三項(xiàng)式”形式的超彈性本構(gòu)方程，采用粘彈性力學(xué)的方法，構(gòu)建了一種簡單的、與應(yīng)變歷史無關(guān)的、較ZWT本構(gòu)模型更具實(shí)用性的粘-超彈性本構(gòu)模型。
　　采用配置溫度控制裝置的霍普金森壓桿裝置對聚氨酯彈性體進(jìn)行壓縮測試，得到四種溫度（